package datastructure.tree.binarysorttree;

/**
 * 二叉排序树
 *
 * 注意
 *      1 相同的数据构造的二叉排序树不唯一, 所以删除某个节点之后的二叉排序树也不唯一
 *      2 二叉排序树和 最大堆最小堆不一样, 前者最值在叶子节点, 后者最值在根节点
 *
 */
public class BinarySortTreeMain {

    public static void main(String[] args) {

        BinarySortTreeMain binarySortTreeDemo = new BinarySortTreeMain();
        // 创建一棵排序二叉树
        BinarySortTree binarySortTree = binarySortTreeDemo.createBinaryTree();

        // 中序遍历二叉排序树
        // 1, 3, 5, 7, 9, 10, 12
        binarySortTree.infixOrder();

        // 删除节点
        binarySortTree.delNode(5);
        System.out.println("root=" + binarySortTree.getRoot());

        System.out.println("删除结点后");
        binarySortTree.infixOrder();
    }

    /**
     * 创建一棵排序二叉树
     * @return
     */
    public BinarySortTree createBinaryTree() {
        int[] arr = {7, 3, 10, 12, 5, 1, 9, 2};
        BinarySortTree binarySortTree = new BinarySortTree();
        //循环的添加结点到二叉排序树
        for (int value : arr) {
            binarySortTree.add(new Node(value));
        }
        return binarySortTree;
    }


    /**
     * 二叉排序树类
     */
    public static class BinarySortTree {
        /**
         * 根节点对象
         */
        private Node root;

        public Node getRoot() {
            return root;
        }

        /**
         * 查找节点
         * @param value 节点的值
         * @return  节点对象
         */
        public Node search(int value) {
            if (root == null) {
                return null;
            } else {
                return root.search(value);
            }
        }

        /**
         * 查找父结点
         * @param value 节点的值
         * @return
         */
        public Node searchParent(int value) {
            if (root == null) {
                return null;
            } else {
                return root.searchParent(value);
            }
        }

        /**
         * 删除最小节点
         *
         * @param node 传入的结点(当做二叉排序树的根结点)
         * @return 返回的 以node 为根结点的二叉排序树的最小结点的值
         */
        public int delRightTreeMin(Node node) {
            Node target = node;
            // 循环的查找左子节点, 就会找到最小值
            while (target.left != null) {
                target = target.left;
            }
            // 删除最小结点
            delNode(target.value);
            return target.value;
        }

        /**
         * 删除节点
         *
         * 注意
         *      1 先遍历找到要删除的节点, 之后进行删除
         *      2 整个删除操作从根节点遍历了两次(2N), 可以减少为 1次
         *      3 要考虑三种情况
         *          当前节点无子树, 只有一个子树, 有两个子树
         *          1)直接删除 parent.left = null 或者  parent.right = null
         *          2)父节点的左指针或者右指针指向被删除的节点的左子树或者右子树 (4种情况)
         *          3)寻找被删除节点右子树的最小节点(或者左子树的最大节点)
         *              使得当前被删除节点的值替换成这个最小值, 然后删除最小节点
         *
         * @param value 顶点的值
         */
        public void delNode(int value) {
            if (root == null) {
                return;
            } else {
                // 找到要删除的结点
                Node targetNode = search(value);
                // 如果没有找到要删除的结点 直接返回
                if (targetNode == null) {
                    return;
                }

                // 当前这颗二叉排序树只有一个结点, 直接置空
                if (root.left == null && root.right == null) {
                    root = null;
                    return;
                }

                // targetNode的父结点
                Node parent = searchParent(value);
                // 如果要删除的结点是叶子结点
                if (targetNode.left == null && targetNode.right == null) {
                    // 判断targetNode 是父结点的左子结点，还是右子结点
                    if (parent.left != null && parent.left.value == value) { //是左子结点
                        parent.left = null;
                    } else if (parent.right != null && parent.right.value == value) {//是由子结点
                        parent.right = null;
                    }
                } else if (targetNode.left != null && targetNode.right != null) { //删除有两颗子树的节点
                    targetNode.value = delRightTreeMin(targetNode.right);
                } else { // 删除只有一颗子树的结点
                    //如果要删除的结点有左子结点
                    if (targetNode.left != null) {
                        if (parent != null) {
                            //如果 targetNode 是 parent 的左子结点
                            if (parent.left.value == value) {
                                parent.left = targetNode.left;
                            } else { //  targetNode 是 parent 的右子结点
                                parent.right = targetNode.left;
                            }
                        } else {
                            root = targetNode.left;
                        }
                    } else { //如果要删除的结点有右子结点
                        if (parent != null) {
                            //如果 targetNode 是 parent 的左子结点
                            if (parent.left.value == value) {
                                parent.left = targetNode.right;
                            } else { //如果 targetNode 是 parent 的右子结点
                                parent.right = targetNode.right;
                            }
                        } else {
                            root = targetNode.right;
                        }
                    }
                }
            }
        }

        /**
         * 添加结点的方法
         * @param node  新节点
         */
        public void add(Node node) {
            if (root == null) {
                root = node;
            } else {
                root.add(node);
            }
        }

        /**
         * 中序遍历
         */
        public void infixOrder() {
            if (root != null) {
                root.infixOrder();
            } else {
                System.out.println("二叉排序树为空，不能遍历");
            }
        }
    }


    /**
     * Node节点类
     */
    public static class Node {
        /**
         * 节点的值
         */
        public int value;

        /**
         * 左节点
         */
        public Node left;

        /**
         * 右节点
         */
        public Node right;

        /**
         * 构造函数
         *
         * @param value 节点的值
         */
        public Node(int value) {
            this.value = value;
        }

        /**
         *
         * 根据值查找节点
         *
         * @param value     节点值
         * @return 如果找到返回该结点，否则返回null
         */
        public Node search(int value) {
            // this就是当前树的根节点
            if (value == this.value) { //找到就是该结点
                return this;
            } else if (value < this.value) { //如果查找的值小于当前结点，向左子树递归查找
                if (this.left == null) {
                    return null;
                }
                // 只会往左右子树其中一边进行查找, 所以直接return
                return this.left.search(value);
            } else { //如果查找的值不小于当前结点，向右子树递归查找
                if (this.right == null) {
                    return null;
                }
                return this.right.search(value);
            }
        }


        /**
         * 查找要删除结点的父结点
         *
         * @param value 要找到的结点的值
         * @return 返回的是要删除的结点的父结点，如果没有就返回null
         */
        public Node searchParent(int value) {
            // this就是当前树的根节点
            // 如果当前结点就是要删除的结点的父结点，就返回
            if ((this.left != null && this.left.value == value) ||
                    (this.right != null && this.right.value == value)) {
                return this;
            } else {
                // 如果查找的值小于当前结点的值, 并且当前结点的左子结点不为空
                if (value < this.value && this.left != null) {
                    return this.left.searchParent(value); //向左子树递归查找
                } else if (value >= this.value && this.right != null) {
                    return this.right.searchParent(value); //向右子树递归查找
                } else {
                    return null; // 没有找到父结点
                }
            }
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "Node [value=" + value + "]";
        }

        /**
         * 添加结点
         *
         * 从树的根节点遍历进行比较, 决定新节点的插入位置
         * 递归的形式添加结点，注意需要满足二叉排序树的要求
         *
         * 核心思想:
         *      递归一直遍历到当前节点的左节点或者右节点为空 (null)时, 进行插入
         *
         * @param node  新节点
         */
        public void add(Node node) {
            if (node == null) {
                return;
            }

            // 判断传入的结点的值，和当前子树的根结点的值关系
            if (node.value < this.value) {
                //如果当前结点左子结点为null
                if (this.left == null) {
                    this.left = node;
                } else {
                    //递归的向左子树添加
                    this.left.add(node);
                }
            } else { //添加的结点的值大于 当前结点的值
                if (this.right == null) {
                    this.right = node;
                } else {
                    //递归的向右子树添加
                    this.right.add(node);
                }

            }
        }

        /**
         * 中序遍历
         */
        public void infixOrder() {
            if (this.left != null) {
                this.left.infixOrder();
            }
            System.out.println(this);
            if (this.right != null) {
                this.right.infixOrder();
            }
        }
    }

}


